CN108036913A - 一种能独立提供单自由度竖向扭转振动荷载的双振动台模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属结构工程和地震工程技术领域，具体涉及一种能独立提供单自由度竖向扭转振动荷载的双振动台模型试验装置。由两套并联的可提供竖向扭转荷载的振动台系统组成，每套系统由底座、固定支架、作动器、铰链系统、扭转传递装置、加速度传感器等部件组成，两套并联系统由连接辅助底座联系固定。作动器固定支架与铰链支座焊接在底座上，作动器一端设置加速度控制传感器，另一端连接扭转传递装置，从而实现台面的竖向单自由度扭转功能。本发明需要将试验对象的两个主体结构分别牢固固定在两个振动台台面上，两台作动器分别设定输出激振形式，通过整个装置的协同作用，测量试验对象在差异竖向扭转振动作用下整体结构的结构响应、力学特性和破坏形式。

Description

一种能独立提供单自由度竖向扭转振动荷载的双振动台模型 试验装置

技术领域

本发明属结构工程和地震工程技术领域，具体涉及一种能独立提供单自由度竖向扭转振动荷载的双振动台模型试验装置。

背景技术

在地震作用下建筑结构除了发生平移振动外，还会因为一些建筑存在两个或多个主体结构如桥梁、双塔楼等建筑物其不同主体结构所处位置在地震时地面各点的运动存在相对扭转差，或两个主体结构处在位置之间存在地震带断层，在地震时的地震反应非常复杂，值得关注。目前，关于结构在双向地震波下的反应已经有一些研究，但是有关竖向地震动扭转分量的研究还寥寥无几，这主要是由于目前的观测水平有限，得到扭转分量比较困难，对于由于地面运动存在竖向扭转差而引起的有两个主体结构的建筑物的地震效应的研究更加不成熟，目前尚不能用理论解释或数值方法模拟这种现象，需要进行试验研究，研究这一机理地试验装置地研制尚不充分。基于能够模拟地震振动地振动台试验平台，通过设计能够提供独立提供单自由度竖向扭转振动荷载的双振动台模型试验装置，可以使这方面研究顺利进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能独立提供单自由度水平扭转振动荷载的双振动台模型试验装置。

本发明提出的独立提供单自由度水平扭转振动荷载的双振动台模型试验装置，由固定系统、第一作动器系统、第一振动台台面系统、第二作动器系统和第二振动台台面系统组成。其中：

固定系统由第一振动台底座1、第一作动器固定支架2、第一振动台铰链支座5、第一振动台铰链下卡口7、振动台连接辅助底座16、第二振动台底座17、第二作动器固定支架18、第二振动台铰链支座21和第二振动台铰链下卡口23组成，所述第一作动器固定支架2焊接于第一振动台底座1的凹槽中，第一振动台铰链支座5焊接于第一振动台底座1上，若干个第一振动台铰链下卡口7均匀焊接于第一振动台铰链支座5上；所述第二作动器固定支架18焊接于第二振动台底座17的凹槽中，第二振动台铰链支座21焊接于第二振动台底座17上，若干个第二振动台铰链下卡口23均匀焊接于第一振动台铰链支座21上，根据所需地震波，第二振动台连接辅助底座16可与第一振动台底座1和第二振动台底座17的长度方向或宽度方向焊接；

第一作动器系统由第一作动器3、第一作动器伸缩杆卡口9、第一作动器伸缩杆14和第一作动器加速度传感器15组成，所述第一作动器3焊接于第一作动器固定支架2底部上，其一端与第一振动台作动器加速度传感器15连接，位于第一振动台作动器加速度传感器15上的第一振动台作动器伸缩杆14一端从第一作动器固定支架2上伸出，其端部与第一作动器伸缩杆卡口9牢固固定；

第一振动台台面系统由第一振动台台面4、第一振动台铰链上卡口6、第一振动台扭转传递装置卡口10、第一振动台扭转传递装置固定支座12、第一振动台扭转传递装置伸缩杆13、振动台台面固定螺孔32和振动台台面固定螺栓33组成，若干个第一振动台铰链上卡口6分别焊于第一振动台台面4四周底部，第一振动台扭转传递装置固定支座12焊接于第一振动台台面4侧面，第一振动台扭转传递装置伸缩杆13一端伸入第一振动台扭转传递装置固定支座12内，另一端伸出第一振动台扭转传递装置固定支座12，其顶端与第一振动台扭转传递装置卡口10牢固固定，振动台台面固定螺孔32均匀分布于第一振动台台面4表面，通过振动台台面固定螺栓33连接试验构件后插入振动台台面固定螺孔32中与振动台台面4牢固固定；

第二作动器系统由第二作动器19、第二作动器伸缩杆卡口25、第二作动器伸缩杆30、第二作动器加速度传感器31组成，所述第二作动器19焊接于第二作动器固定支架18底部上，其一端与第二振动台作动器加速度传感器31连接，位于第二振动台作动器加速度传感器31上的第二振动台作动器伸缩杆30从第二作动器固定支架18上伸出，其端部与第二作动器伸缩杆卡口25牢固固定；

第二振动台台面系统由第二振动台台面20、第二振动台铰链上卡口22、第二振动台扭转传递装置卡口26、第二振动台扭转传递装置固定支座28、第二振动台扭转传递装置伸缩杆29、振动台台面固定螺孔32、振动台台面固定螺栓33组成，若干个第二振动台铰链上卡口22分别焊于第二振动台台面20四周底部，第二振动台扭转传递装置固定支座28焊接于第二振动台台面30侧面，第二振动台扭转传递装置伸缩杆29一端伸入第二振动台扭转传递装置固定支座28内，另一端伸出第二振动台扭转传递装置固定支座28，其顶端与第二振动台扭转传递装置卡口26牢固固定，振动台台面固定螺孔32均匀分布在第二振动台台面20表面，通过振动台台面固定螺栓33连接试验构件后插入振动台台面固定螺孔32中与振动台台面20牢固固定；

所述第一作动器系统的第一作动器伸缩杆卡口9和第一振动台台面系统的第一振动台扭转传递装置卡口10由第一振动台卡口装置固定螺栓11铰接连接，同时第一振动台台面系统的第一振动台铰链上卡口6和固定系统的第一振动台铰链下卡口7由第一振动台铰链旋转轴8铰接连接，使第一作动器系统、第一振动台台面系统和固定系统形成独立的单自由度运动系统，通过第一作动器系统中的第一作动器伸缩杆14的伸缩使第一振动台台面系统以第一振动台铰链旋转轴8为轴转动；

所述第二作动器系统的第二作动器伸缩杆卡口25和第二振动台台面系统的第二振动台扭转传递装置卡口26由第二振动台卡口装置固定螺栓27铰接连接，同时第二振动台台面系统的第二振动台铰链上卡口22和固定系统的第二振动台铰链下卡口23由第二振动台铰链旋转轴24铰接连接，使第二作动器系统、第二振动台台面系统和固定系统形成独立的单自由度运动系统，通过第二作动器系统中的第二作动器伸缩杆30的伸缩使第二振动台台面系统以第二振动台铰链旋转轴24为轴转动。

本发明中，所述模型的振动台的第一振动台铰链上卡口6和第二振动台铰链上卡口22数量各为4个，且规格完全一样，分别焊接在第一振动台铰链支座5和第二振动台铰链支座21上，第一振动台铰链下卡口7和第二振动台铰链下卡口23数量各为4个，且规格完全一样，分别按照第一振动台铰链上卡口6和第二振动台铰链上卡口22的位置均匀焊接在第一振动台台面4和第二振动台台面20下面。

本发明中，所述模型的两个独立的第一振动台台面系统、第二振动台台面系统分别由独立的第一作动器系统、第二作动器控制，可按照实际工况分别对试验对象的两个主体结构精确输出不同的竖向扭转地震荷载。

本发明的工作过程：

将试验试件的两个主体结构分别通过振动台台面固定螺栓33连接后穿过振动台台面固定螺孔32牢固固定在第一振动台台面4上和第二振动台台面20上。分别通过第一作动器3对第一振动台扭转传递装置伸缩杆13的作用带动第一作动器伸缩杆卡口9延第一振动台扭转传递装置伸缩杆13长度方向竖向运动，第一振动台扭转传递装置卡口10通过第一振动台卡口装置旋转轴11的连接带动整个第一振动台系统沿第一振动台铰链旋转轴8做竖向扭转运动，并通过对第一作动器的控制，基于不同试验目的设定振动台的激振输入，进行振动台试验；第二振动台系统的设置和工作过程同第一振动台系统。两个振动台系统相互独立，可根据试验目的分别设置两个振动台的激振输入，并分别通过第一作动器加速度传感器15和第二作动器加速度传感器31分析试验试件的两个主体结构的作用响应，研究两个主体结构存在不同扭转角度，或两个主体结构处在位置之间存在地震带断层的情况下不同振动输入的结构特性和破坏模式。

本发明的有益效果：

本发明装置的最大优点使可以测量建筑物存在两个主体结构且分别处在两个相互独立的作用输出下的整体结构作用特性和破坏模式。结构振动台测试可研究试件在两个独立振动台上并设定不同竖向扭转振动输入过程中发生的运动规律，填补目前对双主体结构建筑物抗震试验研究的空白。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的前视图。

图3为本发明的左视图。

图4为本发明的右视图。

图5为本发明的俯视图。

图6为本发明的后视图。

图7为本发明的移除振动台面4、20后的示意图。

图8为本发明的双台面对位式模式示意图。

图9为本发明的实施例1示意图。

图10为本发明的双台面对位模式实施例2示意图。

图中标号：1为第一振动台底座，2为第一作动器固定支架，3为第一作动器，4为第一振动台台面，5为第一振动台铰链支座，6为第一振动台铰链上卡口，7为第一振动台铰链下卡口，8为第一振动台铰链旋转轴，9为第一作动器伸缩杆卡口，10为第一振动台扭转传递装置卡口，11为第一振动台卡口装置旋转轴，12为第一振动台扭转传递装置固定支座，13为第一振动台扭转传递装置伸缩杆，14为第一作动器伸缩杆，15为第一作动器加速度传感器，16为第一、第二振动台连接辅助底座，17为第二振动台底座，18为第二作动器固定支架，19为第二作动器，20为第二振动台台面，21为第二振动台铰链支座，22为第二振动台铰链上卡口，23为第二振动台铰链下卡口，24为第二振动台铰链旋转轴，25为第二作动器伸缩杆卡口，26为第二振动台扭转传递装置卡口，27为第二振动台卡口装置旋转轴，28为第二振动台扭转传递装置固定支座，29为第二振动台扭转传递装置伸缩杆，30为第二作动器伸缩杆，31为第二作动器加速度传感器，32为振动台台面固定螺孔，33为振动台台面固定螺栓，34为实验例1使用柱板式“门”型高层简化结构模型，35为实验例2使用柱板式“门”型高层简化结构模型。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例１：

一种能独立提供单自由度竖向扭转振动荷载的双振动台模型试验装置，由固定系统、第一作动器系统、第一振动台台面系统、第二作动器系统、第二振动台台面系统组成，其中：

固定系统由第一振动台底座1、第一作动器固定支架2、第一振动台铰链支座5、第一振动台铰链下卡口7、第二振动台连接辅助底座16、第二振动台底座17、第二作动器固定支架18、第二振动台铰链支座21、第二振动台铰链下卡口23组成，所述第一作动器固定支架2、第一振动台铰链支座5、第二振动台底座17、第二作动器固定支架18分别焊接在第一振动台底座1和第二振动台底座17上，第一振动台铰链下卡口7和第二振动台铰链下卡口23分别焊接在第一振动台铰链支座5和第二振动台铰链支座21上，振动台底座1和第二振动台底座17根据不同的试验需求通过第一、第二振动台连接辅助底座16牢固固定；第一作动器系统由第一作动器3、第一作动器伸缩杆卡口9、第一作动器伸缩杆14、第一作动器加速度传感器15组成，所述第一作动器系统第一作动器3焊接在第一作动器固定支架2上，一端与第一振动台作动器加速度传感器15连接，第一振动台作动器伸缩杆14从另一端伸出，第一作动器伸缩杆卡口9与第一振动台作动器伸缩杆14牢固固定；

第一振动台台面系统由第一振动台台面4、第一振动台铰链上卡口6、第一振动台扭转传递装置卡口10、第一振动台扭转传递装置固定支座12、第一振动台扭转传递装置伸缩杆13、振动台台面固定螺孔32、振动台台面固定螺栓33组成，所述第一振动台铰链上卡口6分别焊在第一振动台台面4下面，第一振动台扭转传递装置固定支座12焊接在第一振动台台面4侧面，第一振动台扭转传递装置伸缩杆13从第一振动台扭转传递装置固定支座12另一端伸出，顶端与第一振动台扭转传递装置卡口10牢固固定，振动台台面固定螺孔32均匀分布在第一振动台台面4上，通过振动台台面固定螺栓33连接试验构件后插入振动台台面固定螺孔32中与振动台台面4牢固固定；第二作动器系统由第二作动器19、第二作动器伸缩杆卡口25、第二作动器伸缩杆30、第二作动器加速度传感器31组成，所述第二作动器系统第二作动器19焊接在第二作动器固定支架18上，一端与第二振动台作动器加速度传感器31连接，第二振动台作动器伸缩杆30从另一端伸出，第二作动器伸缩杆卡口25与第二振动台作动器伸缩杆29牢固固定；第二振动台台面系统由第二振动台台面20、第二振动台铰链上卡口22、第二振动台扭转传递装置卡口26、第二振动台扭转传递装置固定支座28、第二振动台扭转传递装置伸缩杆29、振动台台面固定螺孔32、振动台台面固定螺栓33组成，所述第二振动台铰链上卡口22分别焊在第二振动台台面20下面，第二振动台扭转传递装置固定支座28焊接在第二振动台台面30侧面，第二振动台扭转传递装置伸缩杆29从第二振动台扭转传递装置固定支座28另一端伸出，顶端与第二振动台扭转传递装置卡口26牢固固定，振动台台面固定螺孔32均匀分布在第二振动台台面20上，通过振动台台面固定螺栓33连接试验构件后插入振动台台面固定螺孔32中与振动台台面20牢固固定；

所述模型的第一作动器系统的第一作动器伸缩杆卡口9和第一振动台台面系统的1号振动台扭转传递装置卡口10由第一振动台卡口装置旋转轴11铰接连接，同时第一振动台台面系统的第一振动台铰链上卡口6和固定系统的第一振动台铰链下卡口7由第一振动台铰链旋转轴8铰接连接，使第一作动器系统、第一振动台台面系统和固定系统形成独立的单自由度倾覆运动系统，通过第一作动器系统中的第一作动器伸缩杆14的伸缩使第一振动台台面系统沿第一振动台铰链旋转轴8转动；所述模型的第二作动器系统的第二作动器伸缩杆卡口25和第二振动台台面系统的第二振动台扭转传递装置卡口26由第二振动台卡口装置旋转轴27铰接连接，同时第二振动台台面系统的第二振动台铰链上卡口22和固定系统的第二振动台铰链下卡口23由第二振动台铰链旋转轴24铰接连接，使第二作动器系统、第二振动台台面系统和固定系统形成独立的单自由度运动系统，通过第二作动器系统中的第二作动器伸缩杆30的伸缩使第二振动台台面系统沿第二振动台铰链旋转轴24转动。

所述模型的振动台的第一振动台铰链上卡口6和第二振动台铰链上卡口22数量各为4个，且规格完全一样，分别焊接在第一振动台铰链支座5和第二振动台铰链支座21上，第一振动台铰链下卡口7和第二振动台铰链下卡口23数量各为4个，且规格完全一样，分别按照第一振动台铰链上卡口6和第二振动台铰链上卡口22的位置均匀焊接在第一振动台台面4和第二振动台台面20下面。

所述模型的两个独立的第一振动台台面系统、第二振动台台面系统分别由独立的第一作动器系统、第二作动器系统控制，可按照实际工况分别对试验对象的两个主体结构精确输出不同的竖向扭转地震荷载。

本实施例为预制装配混凝土三层柱板式缩尺结构模型试验装置的设置，振动台台面4、20的形状为正方形，在振动台台面4中央按照对称布置“门”型三层柱板式缩尺框架结构模型的左体部分，在振动台台面20中央按照对称布置“门”型三层柱板式缩尺框架结构模型的右体部分，用16个振动台台面固定螺栓33将结构模型左体部分的4条支撑柱和振动台台面4牢固固定，同样用16个振动台台面固定螺栓33将结构模型左体部分的4条支撑柱和振动台台面20牢固固定。基于不同试验目的设定振动台的激振输入，进行振动台试验，试验中第一振动台与第二振动台输入的激振情况可按照实验要求选取有不同竖向扭转角度的振动或完全不一致的波形，实验过程中通过加速度传感器检测结构模型的竖向扭转振动响应，研究“门”型预制装配混凝土三层柱板式缩尺结构模型在不同振动输入情况下的力学特性和破化形式，参照图1~10，本领域的技术人员均能顺利实施。

Claims (3)

1.一种能独立提供单自由度竖向扭转振动荷载的双振动台模型试验装置，由固定系统、第一作动器系统、第一振动台台面系统、第二作动器系统和第二振动台台面系统组成，其特征在于：

固定系统由第一振动台底座(1)、第一作动器固定支架(2)、第一振动台铰链支座(5)、第一振动台铰链下卡口(7)、振动台连接辅助底座(16)、第二振动台底座(17)、第二作动器固定支架(18)、第二振动台铰链支座(21)和第二振动台铰链下卡口(23)组成，所述第一作动器固定支架(2)焊接于第一振动台底座(1)的凹槽中，第一振动台铰链支座(5)焊接于第一振动台底座(1)上，若干个第一振动台铰链下卡口(7)均匀焊接于第一振动台铰链支座(5)上；所述第二作动器固定支架(18)焊接于第二振动台底座(17)的凹槽中，第二振动台铰链支座(21)焊接于第二振动台底座(17)上，若干个第二振动台铰链下卡口(23)均匀焊接于第一振动台铰链支座(21)上，根据所需地震波，第二振动台连接辅助底座(16)可与第一振动台底座(1)和第二振动台底座(17)的长度方向或宽度方向焊接；

第一作动器系统由第一作动器(3)、第一作动器伸缩杆卡口(9)、第一作动器伸缩杆(14)和第一作动器加速度传感器(15)组成，所述第一作动器(3)焊接于第一作动器固定支架(2)底部上，其一端与第一振动台作动器加速度传感器(15)连接，位于第一振动台作动器加速度传感器(15)上的第一振动台作动器伸缩杆(14)一端从第一作动器固定支架(2)上伸出，其端部与第一作动器伸缩杆卡口(9)牢固固定；

第一振动台台面系统由第一振动台台面(4)、第一振动台铰链上卡口(6)、第一振动台扭转传递装置卡口(10)、第一振动台扭转传递装置固定支座(12)、第一振动台扭转传递装置伸缩杆(13)、振动台台面固定螺孔(32)和振动台台面固定螺栓(33)组成，若干个第一振动台铰链上卡口(6)分别焊于第一振动台台面(4)四周底部，第一振动台扭转传递装置固定支座(12)焊接于第一振动台台面(4)侧面，第一振动台扭转传递装置伸缩杆(13)一端伸入第一振动台扭转传递装置固定支座(12)内，另一端伸出第一振动台扭转传递装置固定支座(12)，其顶端与第一振动台扭转传递装置卡口(10)牢固固定，振动台台面固定螺孔(32)均匀分布于第一振动台台面(4)表面，通过振动台台面固定螺栓(33)连接试验构件后插入振动台台面固定螺孔(32)中与振动台台面(4)牢固固定；

第二作动器系统由第二作动器(19)、第二作动器伸缩杆卡口(25)、第二作动器伸缩杆(30)、第二作动器加速度传感器(31)组成，所述第二作动器(19)焊接于第二作动器固定支架(18)底部上，其一端与第二振动台作动器加速度传感器(31)连接，位于第二振动台作动器加速度传感器(31)上的第二振动台作动器伸缩杆(30)从第二作动器固定支架(18)上伸出，其端部与第二作动器伸缩杆卡口(25)牢固固定；

第二振动台台面系统由第二振动台台面(20)、第二振动台铰链上卡口(22)、第二振动台扭转传递装置卡口(26)、第二振动台扭转传递装置固定支座(28)、第二振动台扭转传递装置伸缩杆(29)、振动台台面固定螺孔(32)、振动台台面固定螺栓(33)组成，若干个第二振动台铰链上卡口(22)分别焊于第二振动台台面(20)四周底部，第二振动台扭转传递装置固定支座(28)焊接于第二振动台台面(30)侧面，第二振动台扭转传递装置伸缩杆(29)一端伸入第二振动台扭转传递装置固定支座(28)内，另一端伸出第二振动台扭转传递装置固定支座(28)，其顶端与第二振动台扭转传递装置卡口(26)牢固固定，振动台台面固定螺孔(32)均匀分布在第二振动台台面(20)表面，通过振动台台面固定螺栓(33)连接试验构件后插入振动台台面固定螺孔(32)中与振动台台面(20)牢固固定；

所述第一作动器系统的第一作动器伸缩杆卡口(9)和第一振动台台面系统的第一振动台扭转传递装置卡口(10)由第一振动台卡口装置固定螺栓(11)铰接连接，同时第一振动台台面系统的第一振动台铰链上卡口(6)和固定系统的第一振动台铰链下卡口(7)由第一振动台铰链旋转轴(8)铰接连接，使第一作动器系统、第一振动台台面系统和固定系统形成独立的单自由度运动系统，通过第一作动器系统中的第一作动器伸缩杆(14)的伸缩使第一振动台台面系统以第一振动台铰链旋转轴(8)为轴转动；

所述第二作动器系统的第二作动器伸缩杆卡口(25)和第二振动台台面系统的第二振动台扭转传递装置卡口(26)由第二振动台卡口装置固定螺栓(27)铰接连接，同时第二振动台台面系统的第二振动台铰链上卡口(22)和固定系统的第二振动台铰链下卡口(23)由第二振动台铰链旋转轴(24)铰接连接，使第二作动器系统、第二振动台台面系统和固定系统形成独立的单自由度运动系统，通过第二作动器系统中的第二作动器伸缩杆(30)的伸缩使第二振动台台面系统以第二振动台铰链旋转轴(24)为轴转动。

2.根据权利要求1所述的独立提供单自由度水平扭转振动荷载的双振动台模型试验装置，其特征在于：所述模型的振动台的第一振动台铰链上卡口(6)和第二振动台铰链上卡口(22)数量各为4个，且规格完全一样，分别焊接在第一振动台铰链支座(5)和第二振动台铰链支座(21)上，第一振动台铰链下卡口(7)和第二振动台铰链下卡口(23)数量各为4个，且规格完全一样，分别按照第一振动台铰链上卡口(6)和第二振动台铰链上卡口(22)的位置均匀焊接在第一振动台台面(4)和第二振动台台面(20)下面。

3.根据权利要求1所述的独立提供单自由度水平扭转振动荷载的双振动台模型试验装置，其特征在于：所述模型的两个独立的第一振动台台面系统、第二振动台台面系统分别由独立的第一作动器系统、第二作动器控制，可按照实际工况分别对试验对象的两个主体结构精确输出不同的竖向扭转地震荷载。